Корпорация Google, по сообщению Datacenter Dynamics, тестирует специализированную систему, которая позволяет динамически снижать энергопотребление определённых дата-центров в зависимости от текущей нагрузки на локальную энергосеть.

Новая система, как отмечается, является дальнейшим развитием технологии перемещения нагрузок между различными ЦОД в зависимости от уровня доступности «зелёной» энергии. Соответствующую функцию Google начала использовать в 2020 году. При этом речь идёт только о задачах, для которых не критичны задержки или требования о суверенитете данных — например, транскодирование видео для YouTube или обновление словарной базы Google Translate. Похожий инструмент внедряет и Microsoft.

Источник изображения: Google

Тестируемая теперь система даёт возможность во время перегрузок местных электросетей переносить несрочные вычислительные задачи на другое время и/или в другое место. Таким образом, в часы пик дата-центры Google сокращают потребление энергии, что снижает вероятность возникновения сбоев в энергосистеме региона, где располагается оборудование. В настоящее время эта система развёрнута в ЦОД на Тайване, в Орегоне и по всей Европе. В дальнейшем планируется её внедрение в других облачных зонах. Google уверяет, что использование функции перераспределения нагрузок не влияет на качество предоставляемых услуг.

Отмечается, что Google планирует нагрузки, опираясь в том числе на информацию от операторов электрических сетей. Некоторые задачи перенаправляются в другие ЦОД, тогда как выполнение некритичных операций просто откладывается. Система была опробована в Европе зимой 2022–2023 гг., когда произошёл резкий рост цен на энергоносители. Google использовала технологию для снижения энергопотребления на своих объектах в Нидерландах, Бельгии, Ирландии, Финляндии и Дании периоды типовой пиковой нагрузки. А в Орегоне и Небраске Google снижала энергопотребление дата-центров во время недавних экстремальных погодных явлений.

Корпорация Microsoft, по сообщениям ресурсов Datacenter Dynamics и Motley Fool, создаёт специализированный инструментарий, который позволит автоматически планировать выполнение рабочих нагрузок в ЦОД в зависимости от их срочности и воздействия на окружающую среду.

Идея заключается в том, чтобы выполнять определённые задачи в определённое время, что позволит минимизировать выбросы вредных газов в атмосферу. Например, те ресурсоёмкие задачи, выполнение которых не является срочным, могут быть отложены до момента, когда станет доступно необходимое количество энергии из возобновляемых источников.

Источник изображения: Microsoft

Microsoft патентует систему управления поведением оборудованием, «ориентированную на устойчивое развитие». Данный комплекс учитывает состояние энергосистемы в целом, а также другие факторы. На начальном этапе собирается информация о текущей нагрузке на сеть, о погодных условиях и температурах и т.д. После этого специальные алгоритмы делают прогноз использования ресурсов и распределяют выполнение задач так, чтобы они оказало «сравнительно меньшее воздействие на окружающую среду».

По заявлениям Microsoft, подобный подход позволит снизить нагрузку на энергосеть в часы-пик, а также увеличить срок службы оборудования. Кроме того, станет возможным более эффективное использование «зелёной» энергии. В частности, Microsoft может использовать систему для приостановки и возобновления некоторых операций в ЦОД для балансировки энергопотребления.

Нужно отметить, что Google ещё два года назад начала динамически и прозрачно для конечных потребителей перемещать нагрузки между различными дата-центрами, опираясь на уровень доступности для них «зелёной» энергии. При этом речь идёт только о задачах, для которых не критичны задержки или требования о суверенитете данных. Для этого Google составляет прогнозы доступности энергии на день вперёд.

Компания Microsoft получила разрешение на строительство газовой электростанции на 170 МВт для своего кампуса Grange Castle в пригороде Дублина. Как сообщает DataCenter Dynamics, объект стоимостью €100 млн будет использоваться для повседневного питания ЦОД, а в случае отключения от национальной энергосети станция и 21 дизель-генератор станут единственным источником питания всего кампуса. По данным Business Post, суммарно планируется установить 150 генераторов.

Экоактивисты уже выступили против проекта, обвинив IT-гиганта в попытке обойти запрет оператора EirGrid на новые подключения ЦОД к электросетям в Дублине и его окрестностях до 2028 года. Защитники природы подчёркивают, что хотя благодаря собственной электростанции Microsoft ограничит нагрузку на местные энергосети, электростанция будет только способствовать росту углеродного выброса. При этом власти Ирландии всё ещё намерены добиться того, чтобы к 2030 году 80 % энергии в стране должно поступать из возобновляемых источников.

Источник изображения: Microsoft

Хотя в Ирландии в целом строительство дата-центров не запрещено и даже приветствуется, в Дублине и окрестностях оно ограничено, поскольку здесь и без того уже действует немало ЦОД. Из-за введённых ограничений некоторые крупные компании уже приостановили реализацию ряда проектов. Экоактивисты призывают вообще заблокировать строительство новых ЦОД, утверждая, что это помешает декарбонизации страны. Строительство газовых электростанций может стать временным ответом на ограничения, позволив сделать ЦОД вообще автономными.

При этом власти Ирландии ещё в конце 2022 года предостерегли оператора Gas Networks Ireland от заключения новых контрактов с операторами ЦОД, предполагающими обеспечивать свои объекты преимущественно за счёт газовых генераторов для обхода существующих норм. Известно, что Microsoft, для соблюдения существующих в Ирландии правил, не станет эксплуатировать станцию круглосуточно — она будет работать всего по 8 часов в день. Вместе с тем это вряд ли поможет планам компании по полном переводу её ирландских ЦОД на «зелёную» энергию.

Компания Microsoft намерена распространить успешный опыт по интеграции энергохранилища дата-центра в Дублине с местными энергосетями на свои ЦОД во всём мире. Как сообщает DataCenter Dynamics, ещё в 2022 году свою эффективность доказала схема, объединяющая систему литий-ионных аккумуляторов (BESS) и интерактивные ИБП компании Eaton, которая позволяет делиться энергией с ирландской электросетью в случае необходимости. Подобные пилотные проекты уже реализуют многие операторы ЦОД вроде Google и Telia, а также операторы Deutsche Telecom и Elisa.

К 2030 году Ирландия намерена использовать в своих сетях не менее 70 % возобновляемой энергии, уже сейчас на долю ЦОД приходится порядка 10 % всего энергопотребления страны. По прогнозам экспертов, меньше, чем через 10 лет этот показатель вырастет до 30 %, что приведёт к замедлению роста рынка ЦОД в Ирландии и даже уходу некоторых игроков из-за внедрения новых правил. Применяемая Microsoft система уже сегодня особенно востребована именно здесь, где активное строительство ЦОД привело к нехватке энергетических мощностей.

Источник изображения: Jan Huber/unsplash.com

Такие «виртуальные электростанции» (Microsoft в этом деле помогала Enel X) могут эффективно использоваться в любой точке мира. Считается, что такое решение будет способствовать декарбонизации электросетей. Дело в том, что нестабильные поставки из возобновляемых источников увеличивают потребность в формировании именно аккумуляторных хранилищ. Кроме того, становится доступна и более эффективная и быстрая балансировка сетей — для передачи энергии на краткосрочный период аккумуляторные резервы намного эффективнее.

Пока неизвестно, сколько компания готова отдавать в ирландскую энергосеть. В дублинском кампусе ёмкостью 255 МВт Microsoft намерена построить дополнительные мощности — благодаря тому, что компания успела получить разрешение на строительство до введения в Дублине временных лимитов на создание ЦОД. Ожидается, что следующей на очереди станет Великобритания, где будет использовано аналогичное решение. Впрочем, есть и альтернативный подход — AWS приняла решение закупить более сотни дизель-генераторов для своих ирландских ЦОД.

Рынок ЦОД Северной Вирджинии продолжают преследовать неприятности. Помимо того, что местные жители активно выступают против старых и новых дата-центров, в местной округе наметилась масштабная нехватка электроэнергии. Как сообщает The Register, в регионе буквально не хватает линий электропередач для снабжения всех ЦОД энергией.

По данным Digital Realty, владеющей и обслуживающей более 290 ЦОД, местная энергоснабжающая компания Dominion Energy разослала оповещение ключевым местным потребителям, сообщив, что проблемы с электроснабжением в регионе закончатся не раньше 2026 года. При этом проблема заключается не в нехватке генерирующих мощностей, а именно в дефиците линий электропередач для достаточного энергообеспечения ЦОД. Текущая ёмкость дата-центров в штате составляет порядка 1,7 ГВт.

Источник изображения: Matthew Henry/unsplash.com

Округ Лаудон (Loudoun County) фактически является крупнейшим в мире хабом для дата-центров с общей полезной площадью ЦОД в миллионы квадратных метров. Округ нередко называют «ключевым игроком» в мировой цифровой экономике. Одни только налоги на недвижимость от сектора ЦОД должны составить в фискальном 2023 году почти $600 млн — этого достаточно, чтобы покрыть все расходы властей округа.

Проблемы с энергоснабжением могут означать, что многие планируемые проекты переедут в соседние округа Принс-Уильям (Prince William) и Фокир (Fauquier), а то и вовсе в соседний штат Мэриленд. Dominion Energy как минимум частично обслуживает и Принс-Улильям, а вот округ Фредерик в Мэриленде подключен к другой энергосети.

Источник изображения: Álvaro Serrano/unsplash.com

Известно, что беспрецедентный рост нагрузки на сеть Dominion начался в 2018 году на фоне стремительного развития дата-центров и всё ещё не остановился, поэтому в существующие планы развития энергосетей придётся вносить корректировки. На днях Dominion Energy признала, что не сможет обслуживать потребности города Эшберна (Ashburn) в округе Лаудон, где расположена т.н. «Аллея дата-центров». Это будет означать не только остановку уже стартовавших многомиллиардных проектов строительства ЦОД, но и снижение налоговых поступлений.

Как сообщает портал DataCenter Dynamics, по прогнозам Wells Fargo, компания может остановить поставки энергии новым ЦОД до 2025 или 2026 года — если проектам, до завершения строительства которых осталось не более полугода, энергии может хватить, то совсем новые объекты, возможно, электричества не получат, несмотря на ранее полученные от Dominion гарантии. А строительство ЦОД, запланированных на 2023-2024 годы, может быть значительно отложено. Впрочем, в Wells Fargo считают, что с нехваткой электричества могут в скором времени столкнуться и уже существующие в регионе кампусы ЦОД.

Дизель-генератор — неотъемлемая часть подсистемы резервного питания любого серьёзного ЦОД, но по природе своей он не может похвастаться нейтральностью выхлопа. Многие ищут традиционным генераторам замену, и в их числе Microsoft. На днях компания сообщила, что ей удалось достичь важной вехи в освоении водородных топливных элементов, которые, по замыслу Microsoft, и должны заменить традиционные дизель-генераторы в принадлежащих ей центрах обработки данных.

Компания начала тестирование новой генераторной станции мощностью 3 МВт, построенной на базе топливных ячеек с протонообменной мембраной (PEM). Она способна обеспечивать питание 10 тыс. серверов. С топливными элементами компания экспериментирует давно, ещё с 2013 года, но более ранние разработки использовали природный газ и не по факту не являлись такими уж экологичными.

Тестовая станция мощностью 3 мВт. Источник: Microsoft/John Brecher

Разработать водородные PEM-ячейки компании удалось в сотрудничестве с Plug Power. В течение нескольких недель июня компании совместно протестировали прототип генератора нового поколения. Новая система, выбрасывающая в атмосферу лишь нагретый водяной пар, сработала успешно, так что Plug Power уже работает над созданием коммерческой версии системы.

Протонообменная мембрана: конструкция и принцип действия. Источник: Encyclopedia Britannica

Первый же экземпляр будет установлен научно-исследовательском центре Microsoft, но пока конкретных сроков пока озвучено не было. У IT-гиганта большие надежды на подобные технологии: к 2030 году компания планирует обновить системы резервного питания во всех своих ЦОД.

В работе система выделяет только горячий водяной пар. Источник: Microsoft/John Brecher

Правда, в полной экологичности водородных топливных элементов есть сомнения: работают они без вредных выбросов, но само их производство может оказаться далеко не таким чистым, как эксплуатация. Тем не менее, администрация США одобрила план стоимостью $8 млрд по развитию производства водорода в рамках программы альтернатив ископаемому топливу. В Европе есть аналогичные инициативы — как совсем скромные (€2,5 млн), так и весьма крупные (€1 млрд).

Исследование, проведённое аналитической компаний Omdia, показало, что в следующие четыре года операторы ЦОД начнут использовать на своих площадках источники бесперебойного питания (ИБП), способные не только поддерживать энергообеспечение дата-центров, но и в случае необходимости отдавать избытки электроэнергии в общую сеть.

Интеграция разнообразных источников возобновляемой энергии в «динамические» энергосети постепенно становится трендом, а в некоторых регионах в ближайшей перспективе и техническим требованием к сетям электроснабжения. ЦОД находятся в уникальном положении — будучи крупными потребителями энергии, они способны повысить надёжность электросетей, позволяя последним получить доступ к запасённой ИБП энергии.

«Умные» энергосети способны динамически отслеживать потребность в энергии и быстро подключать резервные хранилища, что помогает компенсировать непредсказуемость поставок энергии от возобновляемых источников, обеспечить баланс и сократить инвестиции в электрическую инфраструктуру. Eaton, Schneider Electric и Vertiv уже предлагают клиентам «умные» ИБП, способные интегрироваться в такие энергосети.

Источник изображения: Omdia

Omdia опросила почти 380 представителей операторов дата-центров, технических специалистов, консалтинговых компаний и поставщиков энергии в Северной Америке, Европе и Австралии. Результат опроса показал, что главным стимулом для внедрения совместимых с «умными» энергосетями ИБП стала возможность реализовать инициативы по энергосбережению. Другими стимулами стали стремление к инновациям, репутационные выгоды, а также получение конкурентных преимуществ.

Примечательно, что большинство опрошенных уверены, что использование интеграция ЦОД с «умными» энергосетями не поставит под угрозу выполнение критически важных рабочих нагрузок. Почти половина респондентов ответила, что главными, хотя и далеко не единственными, выгодоприобретателями подобных решений станут облачные. В числе регионов, где наиболее развито внедрение «умных» ИБП названы Скандинавия, Великобритания и Ирландия.

Около 80 % опрошенных считают, что от 10 до 50 % ёмкости аккумуляторов в современных ИБП дата-центров уже сегодня может использоваться для поддержки работы публичных энергосетей без угрозы собственным системам ЦОД. Такой подход поможет эффективно интегрировать в энергосети возобновляемые источники энергии вроде солнечных и ветряных электростанций с нерегулярной генерацией — в периоды избыточной поставки энергии её можно запасать в ИБП, а потом отдавать в час пик.

Государственный ирландский оператор электрической инфраструктуры EirGrid заявил, что больше не будет принимать заявки на энергоснабжение новых ЦОД на территории Дублина и его пригородов. Компания сообщила, что не будет подключать дата-центры «в обозримом будущем», возможно — до 2028 года. Оператор не только ограничит приём заявок в столичном регионе, но и будет рассматривать возможности подключения в других частях страны на индивидуальной основе.

При этом указано, что уже поданные в столице заявки будут выполняться по мере возможности. Новые заявки будут рассматриваться в соответствии с критериями, выработанными Комиссией по регулированию коммунальных услуг (CRU) и с учётом доступных энергетических мощностей. Кроме того, CRU может ввести ограничения на размещение ЦОД в отдельных районах, а также принять ряд мер по предотвращению отключений во время пиковых нагрузок.

Источник: rolandmey/pixabay.com

В последние месяцы ЦОД привлекли пристальное внимание политиков и защитников окружающей среды в Ирландии — предстоит оценить, насколько их энергопотребление соответствует заявленным страной целям защиты экологии. В минувшие несколько месяцев EirGrid уже выпустила несколько предупреждений в связи с проблемами с энергообеспечением.

Источник: tstokes/pixabay.com

Активисты и политики призывают ввести мораторий на строительство новых ЦОД, поскольку по данным EirGrid уже существующие потребляют более 10 % всей электроэнергии, используемой в стране, а к 2030 году этот показатель может вырасти до 30 % и потенциально станет причиной систематических блэкаутов. Кроме того, страна не сможет выполнить цели по декарбонизации — ранее предполагалось, что к 2030 году 80 % электроэнергии страны должно поступать из возобновляемых источников.

Формально мораторий объявлен не был, но де-факто для Дублина и окрестностей он уже введён, согласно комментарию CRU для DataCenter Dynamics. При этом ряд государственных ведомств в обращении к EirGrid акцентировал внимание на том, что дата-центры приносят в страну инвестиции, новые возможности для экспорта и другие преимущества, а Агентство по промышленному развитию и вовсе заявило, что ЦОД просто делают «козлами отпущения» за уже существующий в Ирландии энергетический кризис.

Microsoft объединила усилия с Caterpillar и Ballard Power Systems для тестирования резервных генераторов на водородных топливных элементах в своём дата-центре в Куинси (штат Вашингтон). Проект рассчитан на три года и нацелен на изучение возможности использования водородных топливных элементов в масштабе ЦОД. Проект частично финансируется Министерством энергетики США (DOE) в рамках инициативы H2@Scale.

Caterpillar станет генеральным подрядчиком, обеспечивающим общую интеграцию всех систем, работу силовой электроники и средств управления. Ballard предоставит водородный электрогенератор на топливных элементах ClearGen-II мощностью 1,5 МВт, а Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) выполнит анализ его безопасности, экологичности и технико-экономических аспектов эксплуатации.

Источник изображения: Microsoft

Для успешной реализации проекта необходимо решить ряд проблем. Чтобы топливные элементы обеспечивали мощность 3 МВт в течение 48 часов, требуется около 68 м³ жидкого водорода, для хранения которого требуется намного больше места, чем для дизельного топлива. Для избегания утечек требуются специальные трубопроводы, а сам водород надо хранить при температуре ниже -253 °C. Ранее Microsoft успешно испытала водородные топливные ячейки мощностью 250 кВт от Power Innovations.

К моменту ввода в эксплуатацию в 2023 году суперкомпьютер El Capitan на базе AMD EPYC Zen4 и Radeon Instinct, как ожидается, будет иметь самую высокую в мире производительность — более 2 Эфлопс. А это означает, что ему потребуются гигантские мощности для питания и охлаждения. Ливерморская национальная лаборатория (LLNL), в которой и будет работать El Capitan, поделилась подробностями о масштабном проекте, призванном обеспечить HPC-центр необходимой инфраструктурой.

В основе плана модернизации лежит проект Exascale Computing Facility Modernization (ECFM) стоимостью около $100 млн. В его рамках будет обновлена уже существующая в LLNL инфраструктура. Для реализации проекта необходимо получить очень много разрешений от местных регуляторов и очень тесно взаимодействовать с местными поставщиками электроэнергии. Тем не менее, LLNL заявляет, что проект «почти готов», по некоторым оценкам — на 93%. Функционировать новая инфраструктура должна с мая 2022 года (с опережением графика).

Сам проект стартовал ещё в 2019 году и, согласно планам, должен быть полностью завершён в июле 2022 года. В его рамках модернизируют территорию центра, введённого в эксплуатацию в 2004 году, общей площадью около 1,4 га. Если раньше центр, в котором работали системы вроде лучшего для 2012 года суперкомпьютера Sequoia (ныне выведенного из эксплуатации), обеспечивал подачу до 45 МВт, то теперь инфраструктура рассчитана уже на 85 МВт.

Конечно, даже для El Capitan такие мощности будут избыточны — ожидается, что суперкомпьютер будет потреблять порядка 30-35 МВт. Однако LLNL заранее думает о «жизнеобеспечении» преемника El Capitan. Следующий суперкомпьютер планируется ввести в эксплуатацию до того, как его предшественник будет отключён в 2029 году. Кроме того, для новой системы потребуется установка нескольких 3000-тонных охладителей. Если раньше общая ёмкость системы охлаждения составляла 10 000 т воды, то теперь она вырастет до 28 000 т.